如何用Ansys力学网格和模拟焊缝

在我们之前的博客中，结构分析有限元网格划分基础而且基于求解器的网格划分:如何保持高质量的网格，我们介绍了什么是有限元分析(FEA)网格划分，网格划分方法的类型，以及为什么一个高质量的网格对模拟的准确性很重要。

让我们再次使用博客中摩托车框架的例子。使用不同的啮合的策略焊接或螺栓连接位于几何图形上，允许您在某些位置创建更精细的网格，而不是整个模型，这可能需要更长的时间来解决。在这篇博客中，我们将讨论焊接网格，以及为什么拥有一个高质量的网格对焊接分析很重要。

焊接结构中使用的元件类型

焊接是一种方便的制造工艺，通过在局部区域熔化材料并将被连接的基本金属熔合，利用热量连接多个部件。焊接在发动机缸体等厚铸件和汽车框架等薄壁零件中都很常见。

模拟是分析这些焊接结构强度和耐久性的一种广泛应用和完善的方法。仔细注意焊缝的啮合，可以准确计算焊缝的使用寿命，并表示结构的刚性，用于碰撞或噪声、振动和粗糙度(NVH)分析。

对于焊接结构的分析，通常使用固体、壳体和梁单元的混合。

实体单元可用于铸造和锻造工艺制造的笨重部件的建模，而壳体和梁单元可方便地表示由钣金成形、轧制和拉伸操作制造的薄壁几何图形。通过将梁和壳单元的曲率变化与应变联系起来，薄截面可以方便地用更小尺寸但高度精确的模型表示。

网格与模拟焊接

使用结构化网格和非结构化网格来模拟焊接

复杂的薄壁几何的网格技术已经取得了显著的进步，并使结构化网格成为可能-即使是复杂的几何。在一些应用中，变形模式和应变值的变化有一个首选方向，使结构化网格更可取。

结构化网格很方便，因为与非结构化网格相比，您可以获得一个精确的、网格大小独立的解决方案，具有相对较大的元素。当您评估单个焊缝的寿命时，这尤其有用。

为什么模拟焊接具有挑战性

焊接结构分析中的一个特殊挑战是用于分析的焊缝的创建和网格划分。例如，一个典型的汽车框架结构可能包含几千个单独的点焊，而越野车的底盘结构可能包含几十个接缝焊。

Ansys机械使用户能够以高效、自动化的方式创建和建模点和焊缝。用户可以通过从计算机辅助设计(CAD)系统中引入焊接位置来快速创建点焊连接。这包括能够控制各个焊缝的刚性，以实现准确的表示。方便的网格工具使您能够在焊缝根部位置和热影响区域创建具有适当网格模式的焊缝，这对于预测疲劳寿命至关重要。

焊缝网格质量和寿命的重要性

焊接结构承受各种负载条件，包括谐波或随机变化的负载，油箱被增压和减压，汽车底盘受到加速，制动和路面颠簸。

在这种疲劳载荷下评估焊缝的寿命时，必须考虑到改变基材性能的焊接过程。熔池的快速冷却可以提高硬度，但降低了延性。焊接过程中的杂质也会对单个焊缝的强度产生不利影响。为了准确预测寿命，还需要考虑上述情况以及焊接过程后基材中的任何残余应变。

在使用疲劳工具计算焊缝寿命时，可以考虑这些因素。由于寿命预测对焊缝热影响区的应力梯度很敏感，因此网格在该区域的适当尺寸至关重要。

结构化的四边形网格在这些类型的情况下是理想的。它适用于捕捉焊趾处的峰值应力和该区域周围的陡应力梯度。虽然规则形状的分级网格尺寸是评估焊缝耐久性的理想选择，但碰撞安全分析的要求是不同的。在这里，为了提高计算效率，首选均匀大小的网格。

较差的网格尺寸会增加显式求解器的求解时间。无论是碰撞分析还是NVH分析，焊缝刚度的准确表示都是最重要的。这对于在模态分析和谐波分析中准确计算结构在动态碰撞载荷或固有频率模态下的能量吸收至关重要。

Ansys Mechanical在焊接结构参数化设计方面具有明显的优势。随着设计的改变，自动重新生成焊缝的能力大大提高了生产率。生成网格的便利性，具有最小的崩溃设置，耐用性和NVH工作流程，以及无缝连接Ansy nCode DesignLife对于计算疲劳寿命，使得强大的用户体验。

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